JP2018026974A - Cooling device for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に冷却液を流通して冷却する回転電機の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for a rotating electric machine that cools a rotating electric machine by circulating a coolant.
従来より、ハイブリッド自動車や電気自動車には、モータとして用いられる回転電機が搭載されている。この回転電機は、回転に伴い高温化するため、冷却を行う必要がある。 Conventionally, a rotary electric machine used as a motor is mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle. Since this rotating electrical machine becomes hot as it rotates, it needs to be cooled.
特許文献１には、電気自動車に搭載された回転電機に冷却液を流通して冷却する冷却装置が開示されている。この冷却装置は、回転電機の総発熱量に基づいて供給する冷却液の吐出量を制御すると共に、回転電機のコイル側及び永久磁石側の各発熱量に基づいてその各々に供給する冷却液の配分を制御している。 Patent Document 1 discloses a cooling device that circulates cooling liquid to a rotating electric machine mounted on an electric vehicle and cools it. This cooling device controls the discharge amount of the coolant supplied based on the total calorific value of the rotating electrical machine, and also supplies the coolant supplied to each based on the respective calorific values on the coil side and the permanent magnet side of the rotating electrical machine. The distribution is controlled.
ところで、回転電機の出力が大きい場合、すなわち、回転電機が高トルク、高速回転で動作する場合には、回転電機の負荷が大きくなる為、多量の冷却液を供給する必要がある。よって、予め冷却液を送り出すポンプは容量の大きなものを用意する必要がある。また、多量の冷却液を供給する際には、ポンプの駆動電力（消費電力）が大きくなってしまう課題がある。 By the way, when the output of the rotating electrical machine is large, that is, when the rotating electrical machine operates at a high torque and a high speed, the load on the rotating electrical machine increases, so that a large amount of coolant needs to be supplied. Therefore, it is necessary to prepare a pump having a large capacity for sending the coolant in advance. Further, when supplying a large amount of coolant, there is a problem that the driving power (power consumption) of the pump becomes large.
そこで、本発明は、回転電機の出力が大きい場合であっても、回転電機への冷却液の供給量を抑制することができる回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling device for a rotating electrical machine that can suppress the amount of coolant supplied to the rotating electrical machine even when the output of the rotating electrical machine is large.
本発明の回転電機の冷却装置は、回転電機に冷却液を流通して冷却する回転電機の冷却装置であって、ステータに備えられたコイルを冷却する第１流路と、ロータに備えられた永久磁石を冷却する第２流路と、前記冷却液を、前記第１流路と前記第２流路とに分配する分配器と、インバータに最大システム電圧が供給される場合の、前記第１流路への前記冷却液の分配量を第１分配量とし、前記第２流路への前記冷却液の分配量を第２分配量としたとき、前記インバータに前記最大システム電圧より低い電圧が供給され、かつ、前記回転電機が弱め界磁制御される場合には、前記第１流路の分配量を前記第１分配量より少なくし、前記第２流路の分配量を前記第２分配量より多くするように前記分配器を制御する分配制御部と、を備えた、ことを特徴とする。 A cooling device for a rotating electrical machine according to the present invention is a cooling device for a rotating electrical machine that circulates cooling liquid through the rotating electrical machine, and includes a first flow path that cools a coil provided in the stator, and a rotor. The first flow path when the maximum system voltage is supplied to the second flow path for cooling the permanent magnet, the distributor for distributing the coolant to the first flow path and the second flow path, and the inverter. When the distribution amount of the coolant to the flow path is the first distribution amount and the distribution amount of the coolant to the second flow path is the second distribution amount, the inverter has a voltage lower than the maximum system voltage. When the rotary electric machine is supplied and field weakening control is performed, the distribution amount of the first flow path is made smaller than the first distribution quantity, and the distribution quantity of the second flow path is made smaller than the second distribution quantity. A distribution controller for controlling the distributor to increase the number of the distributors. The features.
本発明によれば、低いシステム電圧で、回転電機の出力が大きく回転電機が弱め界磁制御される場合には、コイル側への冷却液の分配量を少なくし、永久磁石側への冷却液の分配量を多くするので、回転電機全体での冷却液の供給量を抑制できる。 According to the present invention, when the output of the rotating electrical machine is large and the rotating electrical machine is weakened and the field control is performed at a low system voltage, the distribution amount of the cooling liquid to the coil side is reduced and the cooling liquid is distributed to the permanent magnet side. Since the amount is increased, the supply amount of the cooling liquid in the entire rotating electric machine can be suppressed.
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態の回転電機１０の要部断面と、回転電機の冷却装置３０の循環路３２とを示す図である。回転電機１０は、例えばハイブリッド車両を駆動するモータとして用いられる。 FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-section of a main part of a rotating electrical machine 10 of the present embodiment and a circulation path 32 of a cooling device 30 for the rotating electrical machine. The rotating electrical machine 10 is used as a motor for driving a hybrid vehicle, for example.
図１に示すように、回転電機１０は、ケース１４内にロータ１２とステータ２０とを備えている。 As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine 10 includes a rotor 12 and a stator 20 in a case 14.
ロータ１２は、ベアリング（図示せず）等を介してケース１４に対して回転可能に支持されているロータ軸１６と、ロータ軸１６の外周部に設けられたロータ本体１８とを有する。ロータ本体１８には、複数の永久磁石１９が配設されている。 The rotor 12 includes a rotor shaft 16 that is rotatably supported with respect to the case 14 via a bearing (not shown) and the like, and a rotor body 18 provided on the outer peripheral portion of the rotor shaft 16. The rotor body 18 is provided with a plurality of permanent magnets 19.
ステータ２０は、ステータコア２２を備えている。このステータコア２２は、内周側が空隙を空けてロータ１２と対向配置された状態で、ケース１４に保持されている。また、ステータコア２２にはコイル２４が巻回されている。 The stator 20 includes a stator core 22. The stator core 22 is held by the case 14 in a state where the inner peripheral side is disposed opposite the rotor 12 with a gap. A coil 24 is wound around the stator core 22.
ステータ２０のコイル２４には、後述するインバータ７６から駆動電流が供給され、この駆動電流によってコイル２４に発生した電磁力により、ステータ２０に対してロータ１２が回転する。 A drive current is supplied to the coil 24 of the stator 20 from an inverter 76 described later, and the rotor 12 rotates with respect to the stator 20 by an electromagnetic force generated in the coil 24 by the drive current.
本実施形態の回転電機の冷却装置３０は、回転することで発熱する回転電機１０を、冷却液を流通することで冷却する。冷却液は、例えば、オイルである。 The rotating electrical machine cooling device 30 of the present embodiment cools the rotating electrical machine 10 that generates heat by rotating by circulating a coolant. The coolant is oil, for example.
図１に示すように、冷却装置３０の循環路３２は、リザーバタンク３４と、ポンプ３６と、分配器３８と、クーラ４０とを備えている。図１において、黒矢印は冷却液の流れを示している。 As shown in FIG. 1, the circulation path 32 of the cooling device 30 includes a reservoir tank 34, a pump 36, a distributor 38, and a cooler 40. In FIG. 1, black arrows indicate the flow of the coolant.
リザーバタンク３４に貯蓄された冷却液は、ポンプ３６により吸い上げられ、吸引流路４２を通ってポンプ３６に達し、ポンプ３６から共通流路４４に吐出される。共通流路４４はポンプ３６と分配器３８とを繋いでおり、冷却液は、分配器３８に供給される。分配器３８では、後述する分配制御に従った分配量で、共通流路４４から供給された冷却液を第１流路４６と第２流路４８とに分配する。 The coolant stored in the reservoir tank 34 is sucked up by the pump 36, reaches the pump 36 through the suction channel 42, and is discharged from the pump 36 to the common channel 44. The common flow path 44 connects the pump 36 and the distributor 38, and the coolant is supplied to the distributor 38. The distributor 38 distributes the coolant supplied from the common flow path 44 to the first flow path 46 and the second flow path 48 with a distribution amount according to distribution control described later.
第１流路４６は、ステータ２０に備えられたコイル２４に冷却液を供給するものであり、回転電機１０のケース１４内に備えられたパイプ５０に連通されている。パイプ５０には複数の吐出口５２が設けてあり、これらの吐出口５２からコイル２４に向けて冷却液が吐出され、コイル２４が冷却される。 The first flow path 46 supplies coolant to the coil 24 provided in the stator 20 and communicates with a pipe 50 provided in the case 14 of the rotating electrical machine 10. The pipe 50 is provided with a plurality of discharge ports 52, and coolant is discharged from the discharge ports 52 toward the coil 24, thereby cooling the coil 24.
第２流路４８は、ロータ１２に備えられた永久磁石１９に冷却液を供給するものであり、回転電機１０のロータ軸１６に設けられたロータ軸流路５４に連通されている。ロータ軸流路５４は、ロータ本体１８に設けられたロータ本体流路５６と連通しており、冷却液がロータ本体流路５６を流通することにより、ロータ１２に備えられた永久磁石１９が冷却される。なお、ロータ本体流路５６の一端はケース１４内に開放されており、冷却後の冷却液はケース１４内に吐出される。 The second flow path 48 supplies coolant to the permanent magnet 19 provided in the rotor 12 and communicates with the rotor shaft flow path 54 provided on the rotor shaft 16 of the rotating electrical machine 10. The rotor shaft flow path 54 communicates with the rotor main body flow path 56 provided in the rotor main body 18, and cooling liquid flows through the rotor main body flow path 56, thereby cooling the permanent magnet 19 provided in the rotor 12. Is done. One end of the rotor main body flow path 56 is opened in the case 14, and the cooled coolant is discharged into the case 14.
ケース１４の底部には、ステータ２０とロータ１２とを冷却した後の冷却液を排出する排出口５８が設けられている。排出口５８には戻り流路６０の一端が接続されている。戻り流路６０の途中には、冷却液を冷却するためのクーラ４０が設けられ、戻り流路６０の他端はリザーバタンク３４に接続されている。これにより、回転電機１０を冷却後の冷却液がクーラ４０で冷却され、冷却液がリザーバタンク３４に戻る。 A discharge port 58 for discharging the coolant after cooling the stator 20 and the rotor 12 is provided at the bottom of the case 14. One end of a return channel 60 is connected to the discharge port 58. A cooler 40 for cooling the coolant is provided in the middle of the return channel 60, and the other end of the return channel 60 is connected to the reservoir tank 34. Thereby, the cooling liquid after cooling the rotating electrical machine 10 is cooled by the cooler 40, and the cooling liquid returns to the reservoir tank 34.
図２は、本実施形態の回転電機の冷却装置３０とモータ制御システム７０との構成の概略を示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the rotating electrical machine cooling device 30 and the motor control system 70 according to the present embodiment.
本実施形態の冷却装置３０は、前述した循環路３２と、循環路３２にある分配器３８の分配制御を行う分配制御部６２とを備えている。分配制御は、前述したように、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓと、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒとを制御するものである。分配制御部６２は、回転電機１０の制御状態に基づいてこの分配制御を行う。 The cooling device 30 of this embodiment includes the above-described circulation path 32 and a distribution control unit 62 that performs distribution control of the distributor 38 in the circulation path 32. As described above, the distribution control controls the distribution amount Fs of the first flow path 46 that supplies the cooling liquid to the coil 24 and the distribution amount Fr of the second flow path 48 that supplies the cooling liquid to the permanent magnet 19. Is. The distribution control unit 62 performs this distribution control based on the control state of the rotating electrical machine 10.
回転電機１０の制御は、モータ制御システム７０により行われる。図２に示すように、モータ制御システム７０は、バッテリ７２と、バッテリ７２から供給される直流電力の電圧を昇圧して昇圧直流電力を出力する昇圧コンバータ７４と、昇圧コンバータ７４から供給される昇圧直流電力を交流電力に変換して回転電機１０に供給するインバータ７６と、昇圧コンバータ７４とインバータ７６とを制御するモータ制御部７８と、を備えている。 The rotating electrical machine 10 is controlled by the motor control system 70. As shown in FIG. 2, the motor control system 70 includes a battery 72, a boost converter 74 that boosts the voltage of DC power supplied from the battery 72 and outputs boosted DC power, and a boost supplied from the boost converter 74. An inverter 76 that converts DC power to AC power and supplies the rotating electrical machine 10, and a motor controller 78 that controls the boost converter 74 and the inverter 76 are provided.
昇圧コンバータ７４の出力には、インバータ７６に入力される電圧であるシステム電圧ＶHを検出するための電圧センサ８０が取り付けられている。また、インバータ７６から回転電機１０にＶ，Ｗ相の電力を供給する２本の出力線には、各出力線に流れる電流を検出して電流信号Ｉｖ，Ｉｗとして出力する電流センサ８２，８４が取り付けられている。 A voltage sensor 80 for detecting a system voltage V H that is a voltage input to the inverter 76 is attached to the output of the boost converter 74. In addition, current sensors 82 and 84 that detect currents flowing through the output lines and output them as current signals Iv and Iw are provided on two output lines that supply V and W phase power from the inverter 76 to the rotating electrical machine 10. It is attached.
モータ制御部７８は、システム電圧ＶH、電流信号Ｉｖ，Ｉｗと、外部から入力されるトルク指令値および回転速度指令値とに基づいて、昇圧コンバータ７４とインバータ７６とを制御する。例えば、モータ制御部７８は、回転電機１０がトルク指令値および回転速度指令値に従って動作するように、昇圧コンバータ７４を制御してシステム電圧ＶHを変化させ、回転速度指令値が大きい場合には弱め界磁制御を行うようにインバータ７６を制御する。また、モータ制御部７８は、電流信号Ｉｖ，Ｉｗからインバータ７６を制御するために用いられるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとを算出する。 Motor control unit 78 controls boost converter 74 and inverter 76 based on system voltage V H , current signals Iv, Iw, and a torque command value and a rotational speed command value input from the outside. For example, the motor control unit 78 controls the boost converter 74 to change the system voltage V H so that the rotating electrical machine 10 operates according to the torque command value and the rotation speed command value, and when the rotation speed command value is large. The inverter 76 is controlled to perform field weakening control. Further, the motor control unit 78 calculates a d-axis current Id and a q-axis current Iq that are used to control the inverter 76 from the current signals Iv and Iw.
なお、回転電機１０の制御については、例えば、特開２０１４−１１７１１７号公報や特開２０１５−１２６６０７号公報などに記載がある。 In addition, about control of the rotary electric machine 10, there are description in Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-117117, Unexamined-Japanese-Patent No. 2015-126607, etc., for example.
冷却装置３０の分配制御部６２は、モータ制御部７８から、システム電圧ＶHと、弱め界磁制御を行っているか否かを示す信号Ｓと、ｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑとを取得し、これらに基づいて分配制御を行う。 The distribution control unit 62 of the cooling device 30 acquires the system voltage V H , the signal S indicating whether or not the field weakening control is being performed, the d-axis current Id, and the q-axis current Iq from the motor control unit 78. Based on these, distribution control is performed.
システム電圧ＶHが低い場合（例えば、昇圧コンバータ７４で昇圧を行わない場合）は、ステータ２０に備えられたコイル２４の皮膜の絶縁耐性強度に余裕があるため、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓを少なくすることが可能である。一方、システム電圧ＶHが低い場合に、回転電機１０が高速回転する際には、弱め界磁制御が行われるため、ロータ１２に備えられた永久磁石１９の負荷が大きくなり、永久磁石１９が減磁し易くなる。よって、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒを多くする必要がある。そこで、分配制御部６２は、システム電圧ＶHが低く、弱め界磁制御が行われる場合には、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓを少なくし、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒを多くするように分配制御を行う。 When the system voltage V H is low (for example, when boosting is not performed by the boost converter 74), since the insulation resistance strength of the coating film of the coil 24 provided in the stator 20 has a margin, the coolant is supplied to the coil 24. The distribution amount Fs of the first flow path 46 can be reduced. On the other hand, when the rotating electrical machine 10 rotates at a high speed when the system voltage V H is low, field weakening control is performed, so that the load of the permanent magnet 19 provided in the rotor 12 becomes large, and the permanent magnet 19 is demagnetized. It becomes easy to do. Therefore, it is necessary to increase the distribution amount Fr of the second flow path 48 that supplies the coolant to the permanent magnet 19. Therefore, when the system voltage V H is low and field weakening control is performed, the distribution control unit 62 reduces the distribution amount Fs of the first flow path 46 that supplies the coolant to the coil 24 and cools the permanent magnet 19. Distribution control is performed so as to increase the distribution amount Fr of the second flow path 48 for supplying the liquid.
図３は、分配制御部６２が行う分配制御の流れを示すフローチャートである。分配制御部６２は、所定の時間間隔でこのフローを実行する。 FIG. 3 is a flowchart showing the flow of distribution control performed by the distribution control unit 62. The distribution control unit 62 executes this flow at predetermined time intervals.
まず、Ｓ１００で、分配制御部６２は、システム電圧ＶHが、モータ制御システム７０における最大のシステム電圧（最大システム電圧ＶH#MAX）より低いかを確認する。低くはない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、すなわち、システム電圧ＶHが最大システム電圧ＶH#MAXである場合には、Ｓ１０２に進む。Ｓ１０２で、分配制御部６２は、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓを第１分配量Ｆｓｉに、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒを第２分配量Ｆｒｉに設定する。 First, in S100, the distribution control unit 62, the system voltage V H is, checks whether less than the maximum system voltage in the motor control system 70 (the maximum system voltage V H # MAX). If it is not low (S100: No), that is, if the system voltage V H is the maximum system voltage V H #MAX, the process proceeds to S102. In S <b> 102, the distribution control unit 62 distributes the distribution amount Fs of the first flow path 46 that supplies the coolant to the coil 24 to the first distribution amount Fsi, and distributes the second flow path 48 that supplies the coolant to the permanent magnet 19. The amount Fr is set to the second distribution amount Fri.
本実施形態では、システム電圧ＶHが最大システム電圧ＶH#MAXである時に供給すべき冷却液の総量Ｆ（＝Ｆｓｉ＋Ｆｒｉ）と、第１流路４６への第１分配量Ｆｓｉと、第２流路４８への第２分配量Ｆｒｉとが予め決定されている。本実施形態の冷却装置３０は、冷却液の総量Ｆは一定であり、分配制御部６２は、第１分配量Ｆｓｉと第２分配量Ｆｒｉとを基準として、第１流路４６の分配量Ｆｓと第２流路４８の分配量Ｆｒとを増減させる分配制御を行う。 In the present embodiment, the total amount F (= Fsi + Fri) of the coolant to be supplied when the system voltage V H is the maximum system voltage V H # MAX , the first distribution amount Fsi to the first flow path 46, the second The second distribution amount Fri to the flow channel 48 is determined in advance. In the cooling device 30 of the present embodiment, the total amount F of the coolant is constant, and the distribution control unit 62 uses the first distribution amount Fsi and the second distribution amount Fri as a reference, and the distribution amount Fs of the first flow path 46. And distribution control for increasing and decreasing the distribution amount Fr of the second flow path 48 are performed.
Ｓ１００で、システム電圧ＶHが最大システム電圧ＶH#MAXより低い場合には、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４で、分配制御部６２は、弱め界磁制御を行っているか否かを示す信号Ｓを確認する。弱め界磁制御が行われていない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）には、Ｓ１０２に進み、第１流路４６の分配量Ｆｓを基準である第１分配量Ｆｓｉに、第２流路４８の分配量Ｆｒを基準である第２分配量Ｆｒｉに設定する。 If the system voltage V H is lower than the maximum system voltage V H # MAX in S100, the process proceeds to S104. In S104, the distribution control unit 62 confirms the signal S indicating whether or not the field weakening control is being performed. When the field weakening control is not performed (S104: No), the process proceeds to S102, and the distribution amount Fr of the second flow path 48 is set to the first distribution amount Fsi which is the distribution amount Fs of the first flow path 46 as a reference. The reference is set to the second distribution amount Fri.
Ｓ１０４で、弱め界磁制御が行われている場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）には、Ｓ１０６に進む。Ｓ１０６では、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとから、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と、電流位相βとを算出する。 If field weakening control is performed in S104 (S104: Yes), the process proceeds to S106. In S106, the magnitude of the current vector | Ia | and the current phase β are calculated from the d-axis current Id and the q-axis current Iq.
図４は、ｄ−ｑ軸平面上における電流ベクトルＩａと電流位相βとを示す図である。電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜は、以下の数（１）式に基づいて算出することができる。 FIG. 4 is a diagram showing the current vector Ia and the current phase β on the dq axis plane. The magnitude | Ia | of the current vector can be calculated based on the following equation (1).
また、電流位相βは、以下の数（２）式に基づいて算出することができる。 The current phase β can be calculated based on the following equation (2).
弱め界磁制御はＩｄの電流（負の電流）を大きくすることにより行われ、回転電機１０の回転速度指令値が大きくなるに従って、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜が大きくなり、電流位相βが大きくなる（電流ベクトルが進角側へ倒れる）。ロータ１２に備えられた永久磁石１９は、電流位相βと、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜とが大きくなるに従って、負荷が増加し、減磁し易くなる。 The field weakening control is performed by increasing the current Id (negative current). As the rotational speed command value of the rotating electrical machine 10 increases, the magnitude of the current vector | Ia | increases and the current phase β increases. (The current vector falls to the advance side). The permanent magnet 19 provided in the rotor 12 is easily demagnetized as the load increases as the current phase β and the magnitude of the current vector | Ia | increase.
Ｓ１０６で、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と電流位相βとを取得した後は、Ｓ１０８に進む。Ｓ１０８では、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と電流位相βとに基づいて、第１流路４６の分配量Ｆｓと第２流路４８の分配量Ｆｒとを、基準の第１分配量Ｆｓｉ、第２分配量Ｆｒｉから変化させる量である変化量αを取得する。 After acquiring the magnitude | Ia | of the current vector and the current phase β in S106, the process proceeds to S108. In S108, based on the magnitude | Ia | of the current vector and the current phase β, the distribution amount Fs of the first flow path 46 and the distribution amount Fr of the second flow path 48 are set as the reference first distribution amount Fsi, A change amount α which is an amount to be changed from the second distribution amount Fri is acquired.
図５は、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と電流位相βとに対応づけられた変化量αを示す対応表である。本実施形態では、この対応表が、複数のシステム電圧ＶH1，ＶH2，ＶH3，．．ＶHN（ＶH1＞ＶH2＞ＶH3．．＞ＶHN）毎に用意されている。図５に示すように、対応表には、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜の０〜Ｉａｍの各値と、電流位相βの０〜９０（βｎ）の各値との組み合わせに対して、変化量α＝αｉｊ（ｉ＝０〜ｍ、ｊ＝０〜ｎ）が規定されている。この対応表は、予め作成されて、例えば、分配制御部６２が有するメモリに記憶されている。対応表では、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜が大きくなるに従って、また、電流位相βが大きくなるに従って、変化量αが大きな値となるように作成されている。また、システム電圧ＶH1，ＶH2，ＶH3，．．ＶHN毎の対応表を比較した場合、システム電圧ＶHが低い対応表ほど、最も大きい変化量αｍｎが大きくなるように作成されている。分配制御部６２は、システム電圧ＶH1，ＶH2，ＶH3，．．ＶHNの各々の対応表の中から、現在のシステム電圧ＶHに対応する対応表を用いて、Ｓ１０６で取得された電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜及び電流位相βに対応付けられた変化量αを取得する。なお、現在のシステム電圧ＶHに対応する対応表が無い場合には、例えば、現在のシステム電圧ＶHの上下のシステム電圧ＶHの対応表（例えば、ＶH1＞現在のシステム電圧ＶH＞ＶH2であれば、ＶH1の対応表とＶH2の対応表）の変化量αを加重平均することによって、変化量αを取得する。 FIG. 5 is a correspondence table showing the amount of change α associated with the current vector magnitude | Ia | and the current phase β. In the present embodiment, this correspondence table includes a plurality of system voltages V H1 , V H2 , V H3,. . It is prepared for each V HN (V H1 > V H2 > V H3 ...> V HN ). As shown in FIG. 5, the correspondence table shows changes with respect to combinations of values 0 to Iam of the current vector magnitude | Ia | and values 0 to 90 (βn) of the current phase β. The quantity α = αij (i = 0 to m, j = 0 to n) is defined. This correspondence table is created in advance and stored in, for example, a memory included in the distribution control unit 62. The correspondence table is created so that the amount of change α increases as the current vector magnitude | Ia | increases and as the current phase β increases. Further, the system voltages V H1 , V H2 , V H3,. . When the correspondence tables for each V HN are compared, the correspondence table having the lower system voltage V H is created so that the largest change amount αmn becomes larger. The distribution control unit 62 includes system voltages V H1 , V H2 , V H3,. . Using the correspondence table corresponding to the current system voltage V H from among the correspondence tables of V HN, the amount of change associated with the magnitude of the current vector | Ia | and the current phase β obtained in S106 Acquire α. Incidentally, if there is no correspondence table corresponding to the current system voltage V H, for example, a correspondence table of the upper and lower system voltage V H of the current system voltage V H (e.g., V H1> the current system voltage V H> if V H2, by performing weighted averaging of the amount of change in the correspondence table) in the corresponding table and V H2 of V H1 alpha, obtains the amount of change alpha.
なお、図５のような対応表を用いずに、システム電圧ＶHと、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と、電流位相βとを用いて演算を行うことにより、変化量αを取得しても良い。 In addition, without using the correspondence table as shown in FIG. 5, the amount of change α is obtained by performing an operation using the system voltage V H , the magnitude of the current vector | Ia |, and the current phase β. Also good.
Ｓ１０８の後は、Ｓ１１０に進む。Ｓ１１０では、変化量αを用いて、第１流路４６の分配量Ｆｓと第２流路４８の分配量Ｆｒとを設定する。分配制御部６２は、第１流路４６の分配量Ｆｓを基準である第１分配量Ｆｓｉから変化量αを引いた量に設定し、第２流路４８の分配量Ｆｒを基準である第２分配量Ｆｒｉから変化量αを足した量に設定する。これにより、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓは基準である第１分配量Ｆｓｉより少なくなり、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒは基準である第２分配量Ｆｒｉより多くなる。 After S108, the process proceeds to S110. In S110, the distribution amount Fs of the first flow path 46 and the distribution amount Fr of the second flow path 48 are set using the change amount α. The distribution control unit 62 sets the distribution amount Fs of the first flow path 46 to an amount obtained by subtracting the change amount α from the first distribution amount Fsi which is a reference, and the distribution amount Fr of the second flow path 48 is a reference first amount. 2. Set to an amount obtained by adding the change amount α to the distribution amount Fri. As a result, the distribution amount Fs of the first flow path 46 that supplies the coolant to the coil 24 is smaller than the first distribution amount Fsi that is the reference, and the distribution amount of the second flow path 48 that supplies the coolant to the permanent magnet 19. Fr is larger than the reference second distribution amount Fri.
以上説明したフローを、分配制御部６２は、所定の時間間隔で実行する。 The distribution control unit 62 executes the flow described above at predetermined time intervals.
以上説明した本実施形態の回転電機の冷却装置３０は、システム電圧ＶHが低い場合には、コイル２４の皮膜の絶縁耐性強度に余裕があるため、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓを、基準の分配量である第１分配量Ｆｓｉよりも少なくする。 Since the cooling device 30 for the rotating electrical machine of the present embodiment described above has a sufficient insulation resistance strength of the coating film of the coil 24 when the system voltage V H is low, the first flow for supplying the coolant to the coil 24 is provided. The distribution amount Fs of the path 46 is made smaller than the first distribution amount Fsi that is the reference distribution amount.
一方、システム電圧ＶHが低い場合に、回転電機１０の出力が大きい（回転電機１０が高速回転する）際には、弱め界磁制御が行われ、ロータ１２に備えられた永久磁石１９の負荷が増加し、減磁し易くなるため、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒを、基準の分配量である第２分配量Ｆｒｉよりも多くする。 On the other hand, when the system voltage V H is low and the output of the rotating electrical machine 10 is large (the rotating electrical machine 10 rotates at a high speed), field weakening control is performed and the load of the permanent magnet 19 provided in the rotor 12 increases. In order to facilitate demagnetization, the distribution amount Fr of the second flow path 48 for supplying the coolant to the permanent magnet 19 is set larger than the second distribution amount Fri, which is the reference distribution amount.
また、弱め界磁制御において、回転電機１０の回転速度が高くなるに従って、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と電流位相βとが大きくなり、永久磁石１９の負荷が増加し、より減磁し易くなる。そこで、本実施形態の回転電機の冷却装置３０は、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と電流位相βとが大きくなる従って、変化量αを大きくし、永久磁石１９へ冷却液を供給する第２流路４８の分配量Ｆｒをより多くする。また、この際、第１流路４６の分配量Ｆｓを、第２流路４８の分配量Ｆｒを多くした分だけ少なくする。 In the field weakening control, as the rotational speed of the rotating electrical machine 10 increases, the magnitude of the current vector | Ia | and the current phase β increase, the load on the permanent magnet 19 increases, and it becomes easier to demagnetize. Therefore, the cooling device 30 for the rotating electrical machine according to the present embodiment increases the amount α of the current vector magnitude | Ia | and the current phase β, and therefore increases the amount of change α and supplies the coolant to the permanent magnet 19. The distribution amount Fr of the flow path 48 is increased. At this time, the distribution amount Fs of the first flow path 46 is reduced by an amount corresponding to the increase of the distribution quantity Fr of the second flow path 48.
このように、本実施形態の回転電機の冷却装置３０によれば、回転電機１０に供給する冷却液の総量Ｆを増やすことなく、弱め界磁制御により減磁し易くなる永久磁石１９を効果的に冷却することが可能である。 Thus, according to the cooling device 30 for the rotating electrical machine of the present embodiment, the permanent magnet 19 that is easily demagnetized by field weakening control is effectively cooled without increasing the total amount F of the coolant supplied to the rotating electrical machine 10. Is possible.
したがって、回転電機１０に供給する冷却液の総量Ｆを抑制できる。また、冷却液を送り出すポンプ３６の容量を小さくでき、ポンプ３６の駆動電力を小さくできる。 Therefore, the total amount F of the coolant supplied to the rotating electrical machine 10 can be suppressed. Further, the capacity of the pump 36 that sends out the coolant can be reduced, and the driving power of the pump 36 can be reduced.
なお、システム電圧ＶHが比較的高い場合（例えば、システム電圧ＶHが最大システム電圧ＶH#MAXより若干低い程度である場合）には、コイル２４の皮膜の絶縁耐性強度に大きな余裕はない為、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓを少なくする量である変化量αは、小さくすべきである。一方、システム電圧ＶHが低い場合（例えば、昇圧コンバータ７４で昇圧を行わない場合）には、コイル２４の皮膜の絶縁耐性強度に大きな余裕がある為、コイル２４へ冷却液を供給する第１流路４６の分配量Ｆｓを少なくする量である変化量αは、大きくすることができる。そこで、以上説明した実施形態では、複数のシステム電圧ＶH1，ＶH2，ＶH3，．．ＶHN毎に、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜と電流位相βとに対応づけた変化量αの対応表を用意し、システム電圧ＶHが低い対応表ほど、最も大きい変化量αｍｎが大きくなるようにしている（システム電圧ＶHが高い対応表ほど、最も大きい変化量αｍｎが小さくなるようにしている）。 When the system voltage V H is relatively high (for example, when the system voltage V H is slightly lower than the maximum system voltage V H # MAX ), there is no large margin in the insulation resistance strength of the coil 24 coating. Therefore, the change amount α, which is the amount by which the distribution amount Fs of the first flow path 46 that supplies the coolant to the coil 24 is reduced, should be small. On the other hand, when the system voltage V H is low (for example, when boosting is not performed by the boost converter 74), there is a large margin in the insulation resistance strength of the coating of the coil 24, and therefore the first coolant is supplied to the coil 24. The change amount α, which is an amount for reducing the distribution amount Fs of the flow path 46, can be increased. Therefore, in the embodiment described above, a plurality of system voltages V H1 , V H2 , V H3,. . For each V HN , a correspondence table of the change amount α corresponding to the magnitude of the current vector | Ia | and the current phase β is prepared, and the largest change amount αmn becomes larger as the correspondence table having a lower system voltage V H. (The larger the change amount αmn is, the smaller the correspondence table having a higher system voltage V H is).
以上説明した実施形態の回転電機の冷却装置３０は、モータ制御システム７０のモータ制御部７８から、弱め界磁制御を行っているか否かを示す信号Ｓを分配制御部６２が取得することで、分配制御部６２が分配制御を行った。しかし、信号Ｓの替わりに、回転電機１０の制御モードを示す信号ＣＭを、モータ制御部７８から分配制御部６２が取得することで、分配制御部６２が分配制御を行ってもよい。 In the rotating electrical machine cooling device 30 according to the embodiment described above, the distribution control unit 62 acquires the signal S indicating whether or not the field weakening control is being performed from the motor control unit 78 of the motor control system 70, thereby distributing control. The unit 62 performed distribution control. However, instead of the signal S, the distribution control unit 62 may perform distribution control by acquiring the signal CM indicating the control mode of the rotating electrical machine 10 from the motor control unit 78.
図６は、回転電機１０の制御を行う際の回転速度及びトルクに対する制御モードの適用範囲を示す図である。図６に示すように、低回転数域では正弦波ＰＷＭ制御が用いられ、高回転数域では矩形波制御が適用され、中間回転数領域では過変調ＰＷＭ制御が適用される。一般的に、制御モードが矩形波制御である場合には弱め界磁制御が行われるため、分配制御部６２は、制御モードを示す信号ＣＭを用いて、制御モードが矩形波制御であるか否かを確認することで、弱め界磁制御が行われているか否かの情報を得ることが可能である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an application range of the control mode with respect to the rotation speed and the torque when the rotary electric machine 10 is controlled. As shown in FIG. 6, sine wave PWM control is used in the low rotation speed range, rectangular wave control is applied in the high rotation speed range, and overmodulation PWM control is applied in the intermediate rotation speed range. Generally, when the control mode is rectangular wave control, field weakening control is performed. Therefore, the distribution control unit 62 uses the signal CM indicating the control mode to determine whether the control mode is rectangular wave control. By confirming, it is possible to obtain information on whether or not field-weakening control is being performed.
また、以上説明した実施形態の回転電機の冷却装置３０は、電流ベクトルの大きさ｜Ｉａ｜を用いて、変化量αを取得した。しかし、電流センサ８２，８４によって検出されたインバータ７６から回転電機１０にＶ，Ｗ相の電力を供給する２本の出力線に流れる電流であるＩｖ，Ｉｗを分配制御部６２が取得し、このＩｖ，Ｉｗを用いて、変化量αを取得しても良い。この場合には、図５に示した対応表は、電流Ｉｖ，Ｉｗと電流位相βとに対応づけられた変化量αを示す対応表となる。 Further, the cooling device 30 for the rotating electrical machine according to the embodiment described above acquires the change amount α using the magnitude of the current vector | Ia |. However, the distribution control unit 62 acquires Iv and Iw, which are currents flowing through two output lines that supply V and W phase power to the rotating electrical machine 10 from the inverter 76 detected by the current sensors 82 and 84, and this The change amount α may be acquired using Iv and Iw. In this case, the correspondence table shown in FIG. 5 is a correspondence table indicating the change amount α associated with the currents Iv and Iw and the current phase β.
１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ケース、１６ ロータ軸、１８ ロータ本体、１９ 永久磁石、２０ ステータ、２２ ステータコア、２４ コイル、３０ 回転電機の冷却装置、３２ 循環路、３４ リザーバタンク、３６ ポンプ、３８ 分配器、４０ クーラ、４２ 吸引流路、４４ 共通流路、４６ 第１流路、４８ 第２流路、５０ パイプ、５２ 吐出口、５４ ロータ軸流路、５６ ロータ本体流路、５８ 排出口、６０ 戻り流路、６２ 分配制御部、７０ モータ制御システム、７２ バッテリ、７４ 昇圧コンバータ、７６ インバータ、７８ モータ制御部、８０ 電圧センサ、８２，８４ 電流センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotating electrical machine, 12 Rotor, 14 Case, 16 Rotor shaft, 18 Rotor main body, 19 Permanent magnet, 20 Stator, 22 Stator core, 24 Coil, 30 Rotating electrical machine cooling device, 32 Circulation path, 34 Reservoir tank, 36 Pump, 38 Distributor, 40 cooler, 42 suction flow path, 44 common flow path, 46 first flow path, 48 second flow path, 50 pipe, 52 discharge port, 54 rotor shaft flow path, 56 rotor body flow path, 58 discharge port , 60 return flow path, 62 distribution control unit, 70 motor control system, 72 battery, 74 boost converter, 76 inverter, 78 motor control unit, 80 voltage sensor, 82, 84 current sensor.
Claims (1)
ステータに備えられたコイルを冷却する第１流路と、
ロータに備えられた永久磁石を冷却する第２流路と、
前記冷却液を、前記第１流路と前記第２流路とに分配する分配器と、
インバータに最大システム電圧が供給される場合の、前記第１流路への前記冷却液の分配量を第１分配量とし、前記第２流路への前記冷却液の分配量を第２分配量としたとき、
前記インバータに前記最大システム電圧より低い電圧が供給され、かつ、前記回転電機が弱め界磁制御される場合には、前記第１流路の分配量を前記第１分配量より少なくし、前記第２流路の分配量を前記第２分配量より多くするように前記分配器を制御する分配制御部と、を備えた、
ことを特徴とする回転電機の冷却装置。 A cooling device for a rotating electric machine that cools the rotating electric machine by circulating a coolant,
A first flow path for cooling a coil provided in the stator;
A second flow path for cooling the permanent magnet provided in the rotor;
A distributor for distributing the cooling liquid to the first flow path and the second flow path;
When the maximum system voltage is supplied to the inverter, the distribution amount of the coolant to the first flow path is defined as a first distribution amount, and the distribution amount of the coolant to the second flow path is defined as a second distribution amount. When
When a voltage lower than the maximum system voltage is supplied to the inverter and the rotating electrical machine is subjected to field weakening control, the distribution amount of the first flow path is made smaller than the first distribution amount, and the second flow A distribution control unit that controls the distributor so that a distribution amount of the path is larger than the second distribution amount;
A cooling device for a rotating electrical machine.
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